電子天平的原理、結構及使用維護方法的思考

吳穎 余妍熹

摘 要： 電子天平作為物體重力稱量裝置，以其稱量準確性、可靠性、時效性、自動檢測與校準等優勢，在計量領域占據重要地位，并被廣發應用到各領域各行業的計量工作中。本文在經驗總結與歸納的基礎上，就電子天平工作原理、結構構成以及使用維護方法進行了簡要分析，以期對電子天平基礎知識具有更為準確、全面的了解與掌握。

關鍵詞： 電子天平;基本原理;維護方法

引言：

隨著各領域各行業規模化發展向高質量發展的轉化，計量工具得到廣泛應用。在此背景下，基于現代電子技術創新發展與應用下，形成的電子天平，以其稱量精度高、可靠性強等特征，逐漸取代機械天平被應用于各領域計量工作中。對此，準確掌握電子天平基礎知識，包括原理、結構構成、使用維護方法等，可有效實現其作用的充分發揮，降低不必要損失的產生。以下為電子天平相關知識的總結，以期為有關工作人員實踐工作提供有益幫助。

1電子天平工作的基礎原理

電子天平（electronic balance）是電子技術創新發展與應用下，形成的用以稱量物體質量的天平，具有靈敏性高、稱量準確性強、精度穩定性高等特征以及簡單自動校準與自我保護優勢[1]。通常情況下，電子天平稱重原理如下：其一，電子天平在空載狀況下，傳感器應變片阻值一定，電壓過電路后所產生的數值一定，當電子天平載重后，應變片受物體重力作用影響，出現拉伸，其阻值發生改變，電壓過電路后，在放大器上顯示的電壓數值發生改變，從而實現對物體重量的有效測量[1]。其二，電子天平利用電磁力平衡原理，在電磁力傳感器應用下，使其載重后，受物體重力作用影響，磁力傳感器線圈產生等重力大小、反方向的電磁力，出現之相應的電信號，電信號為實現物體重力的平衡，在整流與放大后，促使線圈電流出現變化。通常情況下，其電流強度將與稱重物體重力呈正比例關系，從而改變了電阻電壓值。電子天平模擬系統能夠根據這一變化，實現電信號科學處理，完成對被測物體質量的計算，并將測量結果在電子天平顯示器中進行直觀顯示。相對于傳統天平而言，基于電磁力平衡原理應用下的電子天平無需利用砝碼進行稱量，其操作更為簡便，測量的穩定性與精準度更高[2]。與此同時，隨著電子技術、傳感技術等的不斷創新，電子天平類型增多，測量精度提高。例如，Mettler的UMT2型電子天平能夠稱量2g～5g，標尺分度值小于最大稱量的10-6;Sartoruis的M25D型電子天平能夠稱量20g～100g，標尺分度值小于最大稱量的10-5。此外，多數電子天平也具有凈重稱量、累加稱量、數值在線輸出與自動化計算等功能，其實用性更強，應用范圍更廣。

2電子天平的結構構成

由電子天平工作基本原理可知：電子天平是多技術綜合應用產物，包括電子控制技術、模擬數字技術、計算機處理技術、傳感技術等，相對于傳統天平而言，結構精密度更高，主要由秤盤、傳感器、位置檢測裝置、模數轉化器、放大器、濾波器、PID（proportion-integral-differential，比例—積分—微分）控制器、微計算機、水平儀、保護裝置、底腳、顯示器等部件共同構成[3]。其中秤盤為物體承載裝置，以圓形、方形居多，主要由金屬材料制成;傳感器為電子天平核心設備，位于秤盤之下，由線圈、磁鋼等元件組成，是電磁力產生與電信號傳輸的主要設備;位置檢測裝置，多由紅外發光管與光敏電池組構成，主要是將物體重力作用下產生力以電信號的形式輸出;模數轉化器是實現信號有效轉化的關鍵所在，靈敏度較高，能夠實現電子天平的自動調零;放大器與濾波器是信號處理的關鍵設備，能夠將微弱信號放大，去除信號干擾，有利于保證電子天平計量準確性;PID調節器主要針對傳感器作業，在提升傳感器穩定性上發揮重要的作用;微計算機能夠將轉化的數字信號進行處理，使電子天平具備自動化查詢、存儲、計算等功能;水平儀、保護機殼以及底腳皆屬保護與調解裝置，分別起“位置協調”、“元器件保護”、“系統支撐”的作用;顯示器則主要用于將計量結果以數字的形式進行展示。

3電子天平的使用維護方法

為保證電子天平應用作用的充分發揮，在使用維護過程中應注意以下幾點：（1）電子天平使用需做好預熱工作，通過通電預熱使其保持良好平衡狀態，

降低使用過程中發熱件對電子天平構件穩定性、可靠性的影響。

（2）電子天平使用時需遵循一定原則，如天平放置要穩、要平;所稱量物

體重量應控制在電子天平稱量范圍內;電子天平開關開啟后，應位于零位等。

（3）明確認知與掌握電子天平各控制鍵與功能鍵作用與操作方法，注意按

鍵力度的有效控制，提升操作行為的標準性與規范性。

（4）在日常管理與維護中，做好校準檢驗工作。可通過靈敏度檢驗，評價

電子天平實用性;通過重復性檢驗，衡量電子天平精準度與穩定性，避免測量誤差的產生;通過最大允許誤差值檢驗，驗證電子天平是否符合有關規定，掌握電子天平精準度等級。

（5）在日常管理與維護中，應明確認知環境對電子天平存在的影響，保持

電子天平使用環境的清潔。在此過程中，可通過配置防風、防塵罩，降低雜物、灰塵對電子天平元器件性能的影響;通過定期清掃，保持電子天平潔凈;如果長期不使用電子天平，需做好存儲工作，避免雜質與雜物損壞天平，同時在重新使用電子天平時，應做好校準與性能檢修工作，針對天平存在的問題進行及時處理與修復，使其在使用之前能夠恢復到最佳狀態。

結論：

以電磁力平衡原理為基礎的電子天平，其構件精密性較高，在應用過程中需保證操作的規范性，測量精度要求的有效滿足。對此，相關工作人員應明確認識與掌握電子天平基礎知識，能夠做到使用正確、操作規范、養護管理到位，促進電子天平應用作用的充分發揮。

參考文獻

[1]黃力文.電子天平的原理、結構及使用維護方法的思考[J].電子測試，2018（14）：132-133.

[2]李紅杰.電子天平計量檢定的影響因素及解決措施[J].工程技術研究，2018（05）：140-141.

[3]李臻祎.電子天平使用人員應掌握的基礎知識[J].科技創新導報，2018，15（06）：21+23.